利用数字化手段改进生物学情境教学

摘要： 知识的生产离不开情境，学生的学习更离不开情境。在生物学实验教学中，教师可应用视频技术、虚拟技术和智慧平台等数字化手段，为学生创设时空穿梭、模拟仿真、便捷切换的情境，帮助学生理解与认知相关生物学知识，发展学生的生物学学科核心素养。

关键词：生物学教学;情境创设;数字化教学

人类的知识生产离不开情境。知识的客观化、外在化是人类保存、传承知识的基本策略，学习就是要让知识还原到情境中去理解与认知。在这方面，我国的生物学教学已经走在变革的前沿：人教版生物学教材刊载的知识存在方式正在进一步活化和生命化。例如，初中生物学教材中的“想一想、议一议”，高中生物学教材中的“问题探讨”，正以“对话者”的身份带着各种情境扑面而来。基于教材情境，在数字化手段的辅助下，在课堂教学中深入开展情境教学尤为重要。

一、依托视频技术实施情境的时空穿梭

我们生活的世界，阳光普照、郁郁葱葱、百花齐放、百鸟齐鸣，一切生机盎然，充满着生命力量的美。生物学教材内容涉及人们生活的方方面面，从宏观的生态系统到微观的分子世界。教材用文字向学生展示和述说着生命川流不息的活动。在课堂教学中，教师借助视频技术，使用视频、动画等手段向学生呈现教材承载的世界，让学生可看可读、可视可听。

例如，按照《义务教育生物学课程标准（2011年版）》第8个一级主题“生物的多样性”的教学要求，笔者需要带领学生学习人教版初中生物学八年级上册教材第一章的知识，概述无脊椎动物、脊椎动物不同类群的主要特征以及它们与人类的关系。对于这类知识的教学，笔者倡导先观察实物后研究文本，先了解结构后了解功能，先认识代表动物后总结类群的主要特征。以软体动物为例，学生先观察从菜市场买来的代表动物缢蛏，按照教材“观察与思考”的指引，很快认识缢蛏的贝壳、外套膜、鳃、出水管、入水管与足等结构，但是对于缢蛏如何获取食物、如何运动、如何呼吸等问题，阅读教材文字仍不甚明了。这时，笔者使用视频资源，让学生直观地体验这一过程。笔者播放了一段介绍缢蛏的视频，利用实拍视频和仿真动画，科学且严谨地展示了生物活动过程，让学生对出水管与入水管在摄食中的作用以及斧足的运动留下深刻印象。又如，说明“保护生物多样性的重要意义”时，笔者借用一段视频动画《MAN》，让学生在短短几分钟内，阅尽从500万年前到现在发生的破坏环境的人类行为——从杀死一条虫开始，到滥杀野生动物、环境污染、过度城市化、战争蔓延、垃圾遍地……直至人类自以为成为世界之王，结局却是造成整个世界毁灭。视频给学生带来的震撼绝对会让他们铭记。

微视频是播放时间为 30 秒到 20 分钟，内容、形式丰富多样的视频短片的统称。可以用于教学的微视频资源非常多，除了教材配套的数字化资源外，电视、电影、各类自媒体平台也带来了大量视频资源。微课的出现和应用使微视频资源越来越系统化，更加切合教学需求。更难得的是，随着技术与资源的发展，绝大部分微视频资源开始设置情境，而这些微视频的情境使得情境教学更加神通广大，上天入地，古今穿梭，不仅知识容量大，而且新奇有趣。

微视频具有短、快、精的特点，制作难度不大，教师可以根据教学需要自行创作，有时用一部智能手机就能搞定。很多教师习惯在课堂教学中自编剧本、自拍视频进行教学情境设计。例如，让学生自编自演，拍一些经常吃快餐、不吃早餐、少吃青菜以及暴饮暴食场景的视频，理解教材中强调的“营养均衡”;教师自拍显微镜使用的过程，为学生示范，便于他们重复观看，边练边学。将身边真实人物作为微视频主角，更能引发学生的代入感，利于学生从教材的情境迁移到生活中的情境。视频辅助教学越来越受教师欢迎。

二、应用虚拟技术进行情境的模拟仿真

随着互联网技术的发展，学生在网上可以进一步感受多姿多彩的世界，世界似乎正变得离人们越来越近，但网络也束缚了人们的双脚，使很多人变得“宅”，懒得动，世界似乎又变得离人们更远。钟启泉教授指出，人的学习是在具体的境脉与情境之中产生的，只有学习者作为当事者参与其中时，学习才得以实现。在生物学教学中，特别是实验教学中，一方面教师应尽可能进行真实实验，另一方面正如教育部《关于加强和改进中小学实验教学的意见》所述，对于“因受时空限制而在现实世界中无法观察和控制的事物和现象、变化太快或太慢的过程，以及有危险性、破坏性和对环境有危害的实验，可用增强现实、虚拟现实等技术手段呈现”。当今，虚拟仿真实验平台、虚拟实验课件、虚拟App、数字化游戏、实验微视频（微课）等都可派上用场。

虚拟课件因其简单实用成为教学中最常用的虚拟实验教学载体，但因为需要者与制作者之间沟通有一些障碍，产量较少。笔者曾集区域全体教师之力收集网络上发布的初中生物学4部教材中的虚拟课件，仅收集到70多个。其中，还包括笔者所在团队制作的6个虚拟实验课件。笔者自制虚拟课件时，自主撰写文字脚本，交由技术人员制作，最大限度地解决跨学科融合中出现的科学性、实用性问题，同时要求技术人员尽量增强课件的交互性，在交互技术的发展和移动互联网技术的基础之上，参照游戏模式进行设计，增强仿真感。笔者原创制作的6个虚拟实验课件名称与制作动机如下（见表1）。

笔者以“酒精对水蚤心率的影响”为例具体介绍。教师设计课件时，首要考虑的是营造仿真的实验情境。在实验过程阶段，笔者设计了观看水蚤临时装片的环节，意在提示学生该实验是需要在显微镜下完成的。在选择不同组别条件下观察水蚤心率时，笔者设置了对照组，并将水蚤的心脏标红，加设了3秒倒计时环节，让学生充分体验在显微镜下观察水蚤跳动，并用打点计数法进行记录的紧张过程。在使用该课件时，笔者组织学生分组合作学习，让学生在小组内同时进行打点计数、比较，分析同伴所得数据不同的原因，并直接在课件上填写，“结论”部分立即形成表格和折线图。在定性实验中加入定量研究环节，培养学生的数据意识。笔者通过课件的交互设计与使用，帮助学生在仿真实验情境中合作学习、有效互动，增进情感交流。

在邱才训等专家的指导下，笔者编写了《有效生物实验教学的四个关键》，根据实验开展的情境、实验材料的性质、实验进行的条件、实验用到的仪器和设备等，将生物学实验分成真实实验（基于真实情境的实验）、模拟实验（基于模拟情境的实验）与虚拟实验（基于虚拟情境的实验）。虚拟实验的情境是虚拟而非真实的。所以，笔者坚持“以虚拟助现实，以技术促改变”。无论情境多么仿真，虚拟实验永远不能代替真实实验。

三、借助智慧平台实现情境的便捷切换

随着信息技术与智慧校园的融合发展，智慧教学平台越来越多，使用也越来越便捷。《教育信息化2.0行动计划》提出，要“依托各类智能设备及网络，积极开展智慧教育创新研究和示范，推动新技术支持下教育的模式变革和生态重构”。广州市黄埔区近年建立了广州市中小学（中等职业学校）智慧校园、中小学智慧校园实验学校及广州市创建全国智慧教育示范区支撑校，绝大部分学校普遍使用交互智能平板教学平台教学，还有学校混合使用“智慧课堂”教学。在新技术支持下，生物学教学正在经历课堂教学的重大变革。

借助先进的智慧平台开展教学，可实现课堂教学情境的便捷切换，并大大减轻教师教学的工作量。以某“智慧课堂”为例，平台设有全班作答、分组互动、学生讲、讨论、抢答、随机、投票、草稿箱、报告、竞技板、表扬等互动栏目。教师点击这些功能按钮，平台和学生的平板电脑终端立即出现相应的情境。此外，教学内容可以随时融入情境，实现无缝衔接。无论是学生现场制作的细菌模型，还是学生在显微镜下观察到的细胞结构，或者是学生的答题情况，只要点击一下，就可以实时共享画面、视频、数据分析结果。笔者在教学中主要应用该智慧课堂如图1所示的功能。

又如，交互式电子白板也是非常好用的工具。教师可以通过电脑和手机安装授课助手，在“云课件”栏目中共享人教版教材每节内容的数十个优秀课件，随时下载、修改、编辑，制作具有个性化的教学课件。教师可以利用碎片化时间，在授课助手的帮助下，随时随地在手机或电脑中进行课件修改，平台随即同步保存，不再需要转存。系统对上传、拍摄的视频资源，直接同步保存，不再需要其他设备辅助。在课堂上，对于导入、讲授、演示、实验、资料分析、讨论、总结中的任一环节，只要有资源储备，就可以实现情境瞬间切换。

数字化手段的使用为教师教学提供了很多便利，也带来一些问题。例如智慧平台教学，它减少了教师的工作量，但也可能减少教师的投入，使教学陷入模式化。数字化手段的应用可使教学环境更加开放、融合、可视，也可能使教学更加冷漠、刻板、堆砌。技术的应用要服务于教学。正如美国卡耐基教育委员会的学者所说：“在教学中使用了某种复杂的教学技术，并不一定就意味着能改善教学、提高教学效果。关键的问题在于，教育者是否真正理解了教学技术与教学过程之间的复杂关系以及教学技术的运用是否符合学科的特点和需要。”

（作者系广东省广州市黄埔区教育研究院教研员，正高级教师）

责任编辑：祝元志